JPWO2016039337A1 - 硬化膜形成組成物、配向材および位相差材 - Google Patents

硬化膜形成組成物、配向材および位相差材 Download PDF

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Abstract

【要旨】【課題】優れた垂直配向性を有するとともに、光学補償フィルムに求められる透明性や溶剤耐性、さらに、基材及び重合性液晶層との密着性を備え、樹脂フィルム上でも低温短時間の焼成条件で安定して重合性液晶を垂直に配向させることができる配向材を提供するための硬化膜形成組成物を提供すること。【解決手段】(A)エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーのエポキシ基に対して、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物のカルボキシル基を反応させたポリマー、(B)架橋剤並びに(C)密着促進剤及び(D)熱架橋性基を有するポリマーのうちいずれか一方又は双方を含有することを特徴とする硬化膜形成組成物、当該組成物を用いて得られることを特徴とする配向材、当該組成物を用いて得られることを特徴とする位相差材。【選択図】なし

Description

本発明は液晶分子を垂直に配向させる垂直配向材に適する硬化膜形成組成物に関する。特に本発明は、液晶表示装置(liquid crystal display;LCD)、具体的には正の誘電異方性を有する液晶(△ε>0)が充填されたIPS液晶表示装置(In−plane Switching LCD;面内配向スイッチングLCD)の視野角特性を改善するために使用される、+Cプレート(ポジティブCプレート)を作成するのに有用な硬化膜形成組成物、配向材および位相差材に関する。
IPS−LCDは、液晶分子の垂直方向の傾きが発生しないため、視野角による輝度変化/色変化が少ないのが特徴であるが、コントラスト比と輝度、応答速度を高くしにくい点が弱点として挙げられる。例えば特許文献1に開示されるように、提案初期のIPS−LCDでは、視野角の補償フィルムが使用されておらず、こうした視野角の補償フィルムを使用していないIPS−LCDでは、傾斜角の暗状態における相対的に大きな光漏れのため、低いコントラスト比の値を示すという短所がある。
特許文献2には、+Cプレートと+Aプレート(ポジティブAプレート)を使用したIPS−LCD補償フィルムが開示されている。本文献には、そこに記載の液晶表示素子について、以下の構成が示されている。
1)液晶層面に平行な電場が印加できる電極により供給される両基板の間に水平配向を有する液晶層が挟まれている。
2)一枚以上の+Aプレートと+Cプレートが両偏光板に挟まれている。
3)+Aプレートの主光軸は、液晶層の主光軸に垂直である。
4)液晶層の位相差値RLC、+Cプレートの位相差値R+C、+Aプレートの位相差値R+Aは、次式を満たすように決められる。
LC:R+C:R+A≒1:0.5:0.25
5)+Aプレートと+Cプレートの位相差値に対し偏光板の保護フィルムの厚み方向の位相差値の関係は示されていない(TAC、COP、PNB)。
また、傾斜角での暗状態の光漏れを最小化することにより正面及び傾斜角での高いコントラスト特性、低い色ずれ(Color Shift)を有するIPS−LCDを提供することを目的とした、+Aプレートと+Cプレートを有するIPS−LCDが開示されている(特許文献3)。
特開平2−256023号公報 特開平11−133408号公報 特開2009−122715号公報 特開2001−281669号公報
従来提案されているように、+Cプレートは偏光板の視野角が大きいところでの光漏れを補償することが出来るため、IPS−LCDの光学補償フィルムとして非常に有用である。しかし、従来一般的に知られている延伸処理による方法では、垂直配向(ポジティブCプレート)性を発現させることは難しい。
また、従来提案されているポリイミドを用いた垂直配向膜は、膜作成にあたりN−メチル−2−ピロリドン等のポリイミドの溶剤を使用する必要がある。このためガラス基材では問題にならないが、基材がフィルムの場合、配向膜形成時に基材にダメージを与えてしまうという問題がある。その上、ポリイミドを用いた垂直配向膜では、高温での焼成が必要となり、フィルム基材が高温に耐えられないという問題がある。
さらに、長鎖アルキルを有するシランカップリング剤等で基材を直接処理することにより、垂直配向膜を形成する方法も提案されているが、基材表面にヒドロキシ基が存在していない場合には処理が難しく、基材が制限されるという問題がある(特許文献4)。
本発明は、以上の知見や検討結果に基づいてなされたものであり、その解決しようとする課題は、優れた垂直配向性を有するとともに、光学補償フィルムに求められる透明性や溶剤耐性、さらに、基材及び重合性液晶層との密着性を備え、樹脂フィルム上でも低温短時間の焼成条件で安定して重合性液晶を垂直に配向させることができる配向材を提供するための硬化膜形成組成物を提供することである。
そして、本発明の別の目的は、上記硬化膜形成組成物から得られ、優れた垂直配向性を備え、樹脂フィルム上でも低温短時間の焼成条件で安定して重合性液晶を垂直に配向させることができる配向材とその配向材を用いて形成された+Cプレートに有用な位相差材を提供することにある。
本発明者らは上記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、側鎖に長鎖アルキル基を有するアクリル共重合体をベースとする硬化膜形成材料を選択することにより、基材の種類を問わずに優れた垂直配向性と、基材及び重合性液晶層との密着性とを有する硬化膜を形成できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は第1観点として、
(A)エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーのエポキシ基に対して、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物のカルボキシル基を反応させたポリマー、(B)架橋剤、並びに
(C)密着促進剤及び(D)熱架橋性基を有するポリマーのうちいずれか一方又は双方
を含有する硬化膜形成組成物であって、
前記垂直配向性基は下記式[1]で表される基であることを特徴とする、硬化膜形成組成物に関する。
Figure 2016039337
(式[1]中、
*は結合位置を表し、
は単結合を表し、
は単結合または炭素原子数1〜15のアルキレン基を表すか、ベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基を表し、前記環状基上の任意の水素原子が、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルコキシル基またはフッ素原子で置換されていてもよく、
は単結合または炭素原子数1〜15のアルキレン基を表し、
は単結合を表すか、ベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基、または炭素原子数17〜30であってステロイド骨格を有する2価の有機基を表し、前記環状基上の任意の水素原子が、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルコキシル基またはフッ素原子で置換されていてもよく、
はベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基を表し、これらの環状基上の任意の水素原子が、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルコキシル基またはフッ素原子で置換されていてもよく、
nは0〜4の整数を表し、nが2以上の場合、Y同士は同一でも異なっていてもよく、
は水素原子、炭素原子数1〜18アルキル基、炭素原子数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシル基または炭素原子数1〜18のフッ素含有アルコキシル基を表し、
及びYとしてのアルキレン基、並びに、環状基上の置換基又はYとしてのアルキル基、フッ素含有アルキル基、アルコキシル基及びフッ素含有アルコキシ基は、直鎖状、枝分かれ状、又は環状の何れか又はそれらの組み合わせであってもよく、
またY及びYとしてのアルキレン基、並びに、Yとしてのアルキル基、フッ素含有アルキル基、アルコキシル基及びフッ素含有アルコキシ基は、結合基同士が隣り合わない限り1ないし3の結合基で中断されていてもよく、
さらにY、Y又はYが2価の環状基を表すか、Yがステロイド骨格を有する2価の有機基を表すか、Y又はYがアルキレン基を表すか、或いはYがアルキル基又はフッ素含有アルキル基を表すとき、該2価の環状基、該ステロイド骨格を有する2価の有機基、該アルキレン基、該アルキル基及び該フッ素含有アルキル基は、それらに隣接する基と結合基を介して結合していてもよく、
そして上記結合基は、−O−、−CHO−、−CO−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−からなる群から選ばれる基を表し、
但し、Y乃至Yがそれぞれ表すところの炭素原子数1〜15のアルキレン基、ベンゼン環、シクロヘキサン環、複素環、ステロイド骨格を有する2価の有機基、炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシル基及び炭素原子数1〜18のフッ素含有アルコキシル基の炭素原子数の合計は6〜30である)。
第2観点として、前記エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーが、主鎖に環構造を有する数平均分子量300乃至20,000のポリマーである、第1観点に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第3観点として、前記エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーが、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂及びポリオールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物からなる群から選択されるいずれか一種のポリマーである、第1観点又は第2観点に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第4観点として、(B)成分の架橋剤がメチロール基またはアルコキシメチル基を有する架橋剤である、第1観点乃至第3観点のいずれか一項に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第5観点として、(E)架橋触媒をさらに含有する第1観点乃至第4観点のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第6観点として、(A)成分100質量部に基づいて、1質量部〜300質量部の(B)成分を含有する第1観点乃至第5観点のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第7観点として、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して0.1質量部〜100質量部の(C)成分及び1質量部〜400質量部の(D)成分のうちいずれか一方又は双方を含有する、第1観点乃至第6観点のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物に関する。
第8観点として、0.01質量部〜20質量部の(E)成分を含有する第5観点乃至第7観点のいずれかに記載の硬化膜形成組成物に関する。
第9観点として、第1観点乃至第8観点のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物を硬化させて得られることを特徴とする配向材に関する。
第10観点として、第1観点乃至第8観点のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物から得られる硬化膜を使用して形成されることを特徴とする位相差材に関する。
本発明の第1の態様によれば、優れた垂直配向性を備え、樹脂フィルム上でも低温短時間の焼成条件で安定して重合性液晶を垂直配向させることができる配向材を提供するために有用な硬化膜形成組成物を提供することができる。
本発明の第2の態様によれば、優れた垂直配向性を備え、低温短時間の焼成条件で安定して重合性液晶を垂直配向させることができる配向材を提供することができる。
本発明の第3の態様によれば、樹脂フィルム上でも高い効率で形成でき、高透明で高い溶剤耐性を有する位相差材を提供することができる。
<硬化膜形成組成物>
本発明の硬化膜形成組成物は、(A)エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーのエポキシ基に対して、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物のカルボキシル基を反応させたポリマー、(B)架橋剤、並びに(C)密着促進剤及び(D)熱架橋性基を有するポリマーのうちいずれか一方又は双方を含有する。本発明の硬化膜形成組成物は、上記(A)成分、(B)成分、(C)成分及び(D)成分に加えて、さらに、(E)成分として架橋触媒をも含有することができる。そして、本発明の効果を損なわない限りにおいて、その他の添加剤を含有することができる。
以下、各成分の詳細を説明する。
<(A)成分>
本発明の硬化膜形成組成物に含有される(A)成分は、エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーのエポキシ基に対して、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物のカルボキシル基を反応させたポリマーである。なお、以下明細書において、(A)成分のポリマーを“垂直配向ポリマー”とも称する。
エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーは、エポキシ基を有する付加重合性モノマーを用いた付加重合により製造することができる。或いは、エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーは、ヒドロキシ酸基を有する高分子化合物とエピクロルヒドリン、グリシジルトシレート等のエポキシ基を有する化合物との反応により製造することができる。
エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーの具体例として、例えば、ポリグリシジルメタクリレート、グリシジルメタクリレート共重合体、ポリ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート共重合体。ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、トリメチロールプロパンの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物等が挙げられる。
これらエポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーの中でも、主鎖に環構造を有するポリマーが好ましく、具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ポリオールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物等が液晶の塗布性が向上する点から好ましい。
これらエポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーの分子量としてはポリスチレン換算数平均分子量(以下、数平均分子量と称す。)が300乃至20,000であることが好ましい。好ましくは400乃至10,000、より好ましくは、500乃至8,000のものである。
上記エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーは市販品を好適に使用可能であり、具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、jER1001、同1002、同1003、同1004、同1055、同1007、同1009、同1010、同834、同828(以上、三菱化学(株)製)等を、ビスフェノールF型エポキシ樹脂としては、jER806、同807(以上、三菱化学(株)製)等を、フェノールノボラック型エポキシ樹脂としては、jER152、同154(以上、三菱化学(株)製)、EPPN201、同202(以上、日本化薬(株)製)等を、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、ECN−1299(旭化成(株)製)、EOCN−102、EOCN−103S、EOCN−104S、EOCN−1020、EOCN−1025、EOCN−1027(以上、日本化薬(株)製)、jER80S75(三菱化学(株)製)等を、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂としては、jER157S70(三菱化学(株)製)等を、ポリオールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物としてはEHPE−3150((株)ダイセル製)等を挙げることができる。
本明細書において、垂直配向性基とは、例えば炭素原子数が6〜20程度の炭化水素基を含む基を表し、具体的には後述する式[1]で表される基を指す。
従って、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物として、例えばカルボキシル基と炭素原子数6〜20程度の炭化水素基を有する化合物が挙げられる。
炭素原子数6〜20の炭化水素基としては、直鎖状、枝分かれ状又は環状の炭素原子数6〜20のアルキル基または芳香族基を含む炭素原子数6〜20の炭化水素基が挙げられる。
垂直配向性基は、より具体的には、下記式[1]で表される基である。
Figure 2016039337
(式中、*は結合位置を表す。)
式[1]中、Yは単結合を表す。
式[1]中、Yはまたは炭素原子数1〜15のアルキレン基を表す。
またYとして、ベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基が挙げられ、これら環状基上の任意の水素原子は、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルコキシル基またはフッ素原子で置換されていてもよい。
上記複素環としてはピロール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、ピラゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、プリン環、チアジアゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環、シンノリン環、フェナントロリン環、インドール環、キノキサリン環、ベンゾチアゾール環、フェノチアジン環、オキサジアゾール環、アクリジン環等が挙げられ、より好ましいのは、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラゾリン環、カルバゾール環、ピリダジン環、ピラゾリン環、トリアジン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、ピラジン環、ベンズイミダゾール環である。
上記置換基として挙げたアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基が挙げられ、上記アルコキシル基としては、前記アルキル基の具体例として挙げた基に酸素原子−O−が結合した基を挙げることができる。また上記フッ素含有アルキル基、フッ素含有アルコキシル基としては、前記アルキル基及びアルコキシル基のうち任意の水素原子がフッ素原子で置換された基を挙げることができる。
これらのなかでも、合成の容易さの点から、Yはベンゼン環またはシクロへキサン環であることが好ましい。
上記式[1]中、Yは単結合または炭素原子数1〜15のアルキレン基を表す。
上記式[1]中、Yは単結合を表すか、ベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基を表し、これら環状基上の任意の水素原子が、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルコキシル基またはフッ素原子で置換されていてもよい。
上記複素環並びに置換基として挙げたアルキル基等は、前述のYで挙げたものとすることができる。
さらに、Yとして、炭素原子数17〜30であってステロイド骨格を有する有機基から選ばれる2価の有機基であってもよい。その好ましい例は、コレステリル、アンドロステリル、β−コレステリル、エピアンドロステリル、エリゴステリル、エストリル、11α−ヒドロキシメチルステリル、11α−プロゲステリル、ラノステリル、メラトラニル、メチルテストロステリル、ノレチステリル、プレグネノニル、β−シトステリル、スチグマステリル、テストステリル、および酢酸コレステロ−ルエステル等から選ばれる構造から水素原子を2個取り去った構造を有する2価の基である。より具体的には、例えば下記の通りである。
Figure 2016039337
(式中、*はY及びY(又はY)との結合位置を表す。)
これらのなかでも、合成の容易さの点から、Yはベンゼン環、シクロへキサン環または炭素原子数17〜30であってステロイド骨格を有する2価の有機基であることが好ましい。
式[1]中、Yはベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基を表し、これらの環状基上の任意の水素原子が、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルコキシル基またはフッ素原子で置換されていてもよい。上記複素環並びに置換基として挙げたアルキル基等は、前述のYで挙げたものとすることができる。
これらのなかでも、Yはベンゼン環またはシクロへキサン環であることが好ましい。
また式[1]中、nは0〜4の整数を表し、nが2以上の場合、Y同士は同一の基であっても異なる基であってもよい。なかでも、原料の入手性や合成の容易さの点から、nは0〜3が好ましい。より好ましいのは、0〜2である。
式[1]中、Yは水素原子、炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシル基または炭素原子数1〜18のフッ素含有アルコキシル基を表す。
なかでも、Yは炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜10のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシル基または炭素原子数1〜10のフッ素含有アルコキシル基であることが好ましい。より好ましくは、Yは炭素原子数1〜12のアルキル基または炭素原子数1〜12のアルコキシル基である。特に好ましくは、Yは炭素原子数1〜9のアルキル基または炭素原子数1〜9のアルコキシル基である。
なお、Yがステロイド骨格を有する2価の有機基である場合は、Yは水素原子が好ましい。
上記式[1]中の定義において挙げたアルキレン基、アルキル基、フッ素含有アルキル基、アルコキシル基又はフッ素含有アルコキシ基は、直鎖状、枝分かれ状、又は環状の何れか又はそれらの組み合わせであってもよい。
例えば上記アルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、1−メチル−n−ブチル基、2−メチル−n−ブチル基、3−メチル−n−ブチル基、1,1−ジメチル−n−プロピル基、1,2−ジメチル−n−プロピル基、2,2−ジメチル−n−プロピル基、1−エチル−n−プロピル基、n−ヘキシル基、1−メチル−n−ペンチル基、2−メチル−n−ペンチル基、3−メチル−n−ペンチル基、4−メチル−n−ペンチル基、1,1−ジメチル−n−ブチル基、1,2−ジメチル−n−ブチル基、1,3−ジメチル−n−ブチル基、2,2−ジメチル−n−ブチル基、2,3−ジメチル−n−ブチル基、3,3−ジメチル−n−ブチル基、1−エチル−n−ブチル基、2−エチル−n−ブチル基、1,1,2−トリメチル−n−プロピル基、1,2,2−トリメチル−n−プロピル基、1−エチル−1−メチル−n−プロピル基、1−エチル−2−メチル−n−プロピル基、n−ヘプチル基、1−メチル−n−ヘキシル基、2−メチル−n−ヘキシル基、3−メチル−n−ヘキシル基、1,1−ジメチル−n−ペンチル基、1,2−ジメチル−n−ペンチル基、1,3−ジメチル−n−ペンチル基、2,2−ジメチル−n−ペンチル基、2,3−ジメチル−n−ペンチル基、3,3−ジメチル−n−ペンチル基、1−エチル−n−ペンチル基、2−エチル−n−ペンチル基、3−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−1−エチル−n−ブチル基、1−メチル−2−エチル−n−ブチル基、1−エチル−2−メチル−n−ブチル基、2−メチル−2−エチル−n−ブチル基、2−エチル−3−メチル−n−ブチル基、n−オクチル基、1−メチル−n−ヘプチル基、2−メチル−n−ヘプチル基、3−メチル−n−ヘプチル基、1,1−ジメチル−n−ヘキシル基、1,2−ジメチル−n−ヘキシル基、1,3−ジメチル−n−ヘキシル基、2,2−ジメチル−n−ヘキシル基、2,3−ジメチル−n−ヘキシル基、3,3−ジメチル−n−ヘキシル基、1−エチル−n−ヘキシル基、2−エチル−n−ヘキシル基、3−エチル−n−ヘキシル基、1−メチル−1−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−2−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、2−メチル−2−エチル−n−ペンチル基、2−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、3−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基等が挙げられる。
上記アルキレン基としては、前記アルキル基から任意の水素原子を1個除去した二価の基を挙げることができる。
上記アルコキシル基としては、前記アルキル基の具体例として挙げた基に酸素原子−O−が結合した基を挙げることができる。
また上記フッ素含有アルキル基、フッ素含有アルコキシル基としては、前記アルキル基及びアルコキシル基のうち任意の水素原子がフッ素原子で置換された基を挙げることができる。
上記Y及びYとしてのアルキレン基、並びに、環状基上の置換基又はYとしてのアルキル基、フッ素含有アルキル基、アルコキシル基及びフッ素含有アルコキシ基は、直鎖状、枝分かれ状、又は環状の何れか又はそれらの組み合わせであってもよい。
また、Y及びYとしてのアルキレン基、並びに、Yとしてのアルキル基、フッ素含有アルキル基、アルコキシル基及びフッ素含有アルコキシ基は、結合基同士が隣り合わない限り1ないし3の結合基で中断されていてもよい。
さらに、Y、Y又はYが2価の環状基を表すか、Yがステロイド骨格を有する2価の有機基を表すか、Y又はYがアルキレン基を表すか、或いはYがアルキル基又はフッ素含有アルキル基を表すとき、該2価の環状基、該ステロイド骨格を有する2価の有機基、該アルキレン基、該アルキル基及び該フッ素含有アルキル基は、それらに隣接する基と結合基を介して結合していてもよい。
また上記結合基は、−O−、−CHO−、−CO−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−及び−NH−CO−NH−からなる群から選ばれる基を表す。
なお、Y乃至Yがそれぞれ表すところの炭素原子数1〜15のアルキレン基、ベンゼン環、シクロヘキサン環、複素環、ステロイド骨格を有する2価の有機基、炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシル基及び炭素原子数1〜18のフッ素含有アルコキシル基の炭素原子数の合計は6〜30であり、例えば6〜20である。
これらのうち、垂直配向性と重合性液晶の塗布性を考慮すると、垂直配向性基は、炭素原子数7〜18、特に8〜15のアルキル基を含む基であることが好ましい。
好ましい垂直配向性基としては、例えば炭素原子数6〜20程度の炭化水素基が挙げられる。炭素原子数6〜20の炭化水素基としては、直鎖状、枝分かれ状又は環状の炭素原子数6〜20のアルキル基または芳香族基を含む炭素原子数6〜20の炭化水素基が挙げられる。
垂直配向性基としては、例えば、上記Y乃至Yが単結合であり、Yが単結合または炭素原子数1〜15のアルキレン基であり、nが0であり、Yが炭素原子数1〜18のアルキル基である基が挙げられ、中でも、式[1]で表される基が炭素原子数の合計が6〜20であるアルキル基である垂直配向性基(a−1)が好ましい。このようなアルキル基の具体例としては、前述のアルキル基のうち、炭素原子数の合計が6〜20であるアルキル基が挙げられる。
垂直配向性基としては、上記以外にも、例えば、上記Y乃至Yが単結合であり、nが2乃至3であり、Yがベンゼン環及びシクロヘキサン環から選ばれる基であり、Yが炭素原子数1〜18のアルキル基である垂直配向性基(a−2)が好ましい。このような基(a−2)としては、下記(a−2−1)〜(a−2−6)等が好ましい。
Figure 2016039337
(式中、Yは炭素原子数1〜18のアルキル基である。また*は結合位置を表す。)
垂直配向性基としては、上記以外にも、例えば、上記Y乃至Yが単結合であり、Yがステロイド骨格であり、nが0であり、Yが水素原子である垂直配向性基(a−3)が好ましい。このような基(a−3)としては、例えば、下記式で表される垂直配向性基(a−3−1)〜(a−3−8)が挙げられる。
Figure 2016039337
(式中、*は結合位置を表す。)
好ましくは、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物とは、カルボキシル基が上記垂直配向性基に結合した化合物である。
本発明における(A)成分の垂直配向ポリマーは、前述のエポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーのエポキシ基に対して、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物のカルボキシル基を反応させたポリマーである。当該エポキシ基とカルボキシル基が反応することにより、−CH−CH(OH)−CH−という結合が生じることとなる。
上記垂直配向ポリマーを得るための、エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーと、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物の使用量は、エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーのエポキシ1当量に対して、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物のカルボキシル基が5〜60当量となるように使用することが好ましい。
エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーのエポキシ1当量に対して、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物のカルボキシル基が5当量未満の場合、得られた垂直配向ポリマーにおいて所望の垂直配向性が十分に得られない場合がある。またカルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物のカルボキシル基が60当量を超えると、該垂直配向ポリマーを用いて硬化膜(配向材)を形成し、その上に重合性液晶溶液等を塗布しようする際に液晶の塗布性が低下する(液晶のハジキが発生する)虞がある。
また、垂直配向性基を含有せず、カルボキシル基を有する化合物を、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物を反応させたエポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーの、エポキシ残基に反応させてもよい。その場合、エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーのエポキシ1当量に対するカルボキシル基の量は、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物のカルボキシル基と、垂直配向性基を含有せずカルボキシル基を有する化合物のカルボキシル基の合計量で、5〜60当量とすることが好ましい。
本発明に用いる垂直配向ポリマーを得る手順は特に限定されないが、例えば、エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーとカルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物と、場合により垂直配向性基を含有せずカルボキシル基を有する化合物を、反応触媒等とを共存させた溶剤中において、50乃至150℃の温度下で反応させることにより得られる。その際、用いられる溶剤は、エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーとカルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物、及び反応触媒等を溶解するものであれば特に限定されない。その具体例としては、後述する<溶剤>に挙げるものを好適に使用できる。反応触媒としては、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロミド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリエチルアンモニウムブロミド、ベンジルトリプロピルアンモニウムクロリド、ベンジルトリプロピルアンモニウムブロミド、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムブロミド、テトラプロピルアンモニウムクロリド、テトラプロピルアンモニウムブロミド等の四級アンモニウム塩;テトラフェニルホスホニウムクロリド、テトラフェニルホスホニウムブロミド、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロリド、ベンジルトリフェニルホスホニウムブロミド、エチルトリフェニルホスホニウムクロリド、エチルトリフェニルホスホニウムブロミド等の4級ホスホンニウム塩などを挙げることができる。
前記方法により得られる垂直配向ポリマーは、通常、溶剤に溶解した溶液の状態である。後述するように、得られた垂直配向ポリマーの溶液をそのまま(A)成分(の溶液)として使用することができる。
また、上記方法で得られた垂直配向ポリマーの溶液を、撹拌下のジエチルエーテルや水等に投入して再沈殿させ、生成した沈殿物を濾過・洗浄した後に、常圧又は減圧下で、常温乾燥又は加熱乾燥し、垂直配向ポリマーの粉体とすることができる。前記操作により、垂直配向ポリマーと共存する反応触媒及び未反応の化合物を除去することができ、その結果、精製した垂直配向ポリマーの粉体が得られる。一度の操作で充分に精製できない場合は、得られた粉体を溶剤に再溶解させ、上記の操作を繰り返し行えばよい。
本発明においては、垂直配向ポリマーは粉体形態で、あるいは精製した粉末を後述する溶剤に再溶解した溶液形態で用いてもよい。
また、本発明においては、(A)成分の垂直配向ポリマーは、複数種の垂直配向ポリマーの混合物であってもよい。
<(B)成分>
本発明の硬化膜形成組成物における(B)成分は、架橋剤である。
(B)成分である架橋剤は、前記(A)成分の熱架橋可能な官能基と架橋を形成する基、例えばメチロール基またはアルコキシメチル基を有する架橋剤であることが好ましい。
これらの基を有する化合物としては、例えば、アルコキシメチル化グリコールウリル、アルコキシメチル化ベンゾグアナミンおよびアルコキシメチル化メラミン等のメチロール化合物が挙げられる。
アルコキシメチル化グリコールウリルの具体例としては、例えば、1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(ブトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(ヒドロキシメチル)グリコールウリル、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)尿素、1,1,3,3−テトラキス(ブトキシメチル)尿素、1,1,3,3−テトラキス(メトキシメチル)尿素、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)−4,5−ジヒドロキシ−2−イミダゾリノン、および1,3−ビス(メトキシメチル)−4,5−ジメトキシ−2−イミダゾリノン等が挙げられる。市販品として、日本サイテック・インダストリーズ(株)(旧 三井サイテック(株))製グリコールウリル化合物(商品名:サイメル(登録商標)1170、パウダーリンク(登録商標)1174)等の化合物、メチル化尿素樹脂(商品名:UFR(登録商標)65)、ブチル化尿素樹脂(商品名:UFR(登録商標)300、U−VAN10S60、U−VAN10R、U−VAN11HV)、DIC(株)(旧 大日本インキ化学工業(株))製尿素/ホルムアルデヒド系樹脂(高縮合型、商品名:ベッカミン(登録商標)J−300S、同P−955、同N)等が挙げられる。
アルコキシメチル化ベンゾグアナミンの具体例としてはテトラメトキシメチルベンゾグアナミン等が挙げられる。市販品として、日本サイテック・インダストリーズ(株)(旧 三井サイテック(株))製(商品名:サイメル(登録商標)1123)、(株)三和ケミカル製(商品名:ニカラック(登録商標)BX−4000、同BX−37、同BL−60、同BX−55H)等が挙げられる。
アルコキシメチル化メラミンの具体例としては、例えば、ヘキサメトキシメチルメラミン等が挙げられる。市販品として、日本サイテック・インダストリーズ(株)(旧 三井サイテック(株))製メトキシメチルタイプメラミン化合物(商品名:サイメル(登録商標)300、同301、同303、同350)、ブトキシメチルタイプメラミン化合物(商品名:マイコート(登録商標)506、同508)、(株)三和ケミカル製メトキシメチルタイプメラミン化合物(商品名:ニカラック(登録商標)MW−30、同MW−22、同MW−11、同MS−001、同MX−002、同MX−730、同MX−750、同MX−035)、ブトキシメチルタイプメラミン化合物(商品名:ニカラック(登録商標)MX−45、同MX−410、同MX−302)等が挙げられる。
また、このようなアミノ基の水素原子がメチロール基またはアルコキシメチル基で置換されたメラミン化合物、尿素化合物、グリコールウリル化合物及びベンゾグアナミン化合物を縮合させて得られる化合物であってもよい。例えば、米国特許第6323310号に記載されているメラミン化合物およびベンゾグアナミン化合物から製造される高分子量の化合物が挙げられる。前記メラミン化合物の市販品としては、商品名:サイメル(登録商標)303等が挙げられ、前記ベンゾグアナミン化合物の市販品としては、商品名:サイメル(登録商標)1123(以上、日本サイテック・インダストリーズ(株)(旧 三井サイテック(株))製)等が挙げられる。
さらに、(B)成分の架橋剤として、N−ヒドロキシメチルアクリルアミド、N−メトキシメチルメタクリルアミド、N−エトキシメチルアクリルアミド、N−ブトキシメチルメタクリルアミド等のヒドロキシメチル基(すなわちメチロール基)またはアルコキシメチル基で置換されたアクリルアミド化合物またはメタクリルアミド化合物を使用して製造されるポリマーも用いることができる。
そのようなポリマーとしては、例えば、ポリ(N−ブトキシメチルアクリルアミド)、N−ブトキシメチルアクリルアミドとスチレンとの共重合体、N−ヒドロキシメチルメタクリルアミドとメチルメタクリレートとの共重合体、N−エトキシメチルメタクリルアミドとベンジルメタクリレートとの共重合体、及びN−ブトキシメチルアクリルアミドとベンジルメタクリレートと2−ヒドロキシプロピルメタクリレートとの共重合体等が挙げられる。このようなポリマーの重量平均分子量(ポリスチレン換算値)は、1,000〜500,000であり、好ましくは、2,000〜200,000であり、より好ましくは3,000〜150,000であり、更に好ましくは3,000〜50,000である。
これらの架橋剤は、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。また、(B)成分の架橋剤を兼ねて、後述する(C)成分で例示した、単位構造としてN−アルコキシメチル基と、C=C二重結合を含む重合性基とを有するポリマー(特定共重合体2)を用いることも出来る。
本発明の硬化膜形成組成物における(B)成分の架橋剤の含有量は、(A)成分であるポリマー100質量部に基づいて1質量部〜300質量部であることが好ましく、より好ましくは5質量部〜200質量部である。架橋剤の含有量が過小である場合には、硬化膜形成組成物から得られる硬化膜の溶剤耐性が低下し、垂直配向性が低下する。他方、含有量が過大である場合には垂直配向性および保存安定性が低下することがある。
<(C)成分>
本発明の硬化膜形成組成物は、(C)成分:密着促進剤と後述する(D)成分:熱架橋性基を有するポリマーのいずれか一方或いは双方を含有する。
本発明の(C)成分は、形成される硬化膜の接着性を向上させる成分(以下、密着向上成分とも言う。)である。
なお後述するように、前述の(B)成分として特定共重合体2を用いる場合、(C)成分は(B)成分と同じであってもよい。
(C)成分を含有する本実施形態の硬化膜形成組成物から形成される硬化膜を配向材として用いる場合、配向材と重合性液晶の層との密着性が向上するよう、重合性液晶の重合性官能基と配向材の架橋反応部位を共有結合によりリンクさせることができる。その結果、本実施形態の配向材上に硬化した重合性液晶を積層してなる本実施形態の位相差材は、高温高湿の条件下でも、強い密着性を維持することができ、剥離等に対する高い耐久性を示すことができる。
(C)成分としては、ヒドロキシ基及びN−アルコキシメチル基から選ばれる基と、重合性基とを有するモノマー及びポリマーが好ましい。
このような(C)成分としては、ヒドロキシ基と(メタ)アクリル基とを有する化合物、N−アルコキシメチル基と(メタ)アクリル基とを有する化合物、N−アルコキシメチル基と(メタ)アクリル基を有するポリマー等が挙げられる。以下、それぞれ具体例を示す。
(C)成分の一例として、ヒドロキシ基を含有した多官能アクリレート(以下、ヒドロキシ基含有多官能アクリレートとも言う。)を挙げることができる。
(C)成分の例であるヒドロキシ基含有多官能アクリレートとしては、例えば、ペンタエリスリトールトリアクリレートおよびジペンタエリトリトールペンタアクリレート等を挙げることができる。
(C)成分の一例として、1つのアクリル基と、1つ以上のヒドロキシ基とを有する化合物も挙げられる。このような、1つのアクリル基と、1つ以上のヒドロキシ基とを有する化合物の好ましい例を挙げる。尚、(C)成分の化合物は、以下の化合物例に限定されるものではない。
Figure 2016039337
(上記式中、R11は水素原子またはメチル基を表し、mは1〜10の整数を表す。)
また、(C)成分の化合物としては、1分子中にC=C二重結合を含む重合性基を少なくとも1つと、N−アルコキシメチル基を少なくとも1つ有する化合物が挙げられる。
C=C二重結合を含む重合性基としては、アクリル基、メタクリル基、ビニル基、アリル基、マレイミド基等が挙げられる。
N−アルコキシメチル基のN、すなわち窒素原子としては、アミドの窒素原子、チオアミドの窒素原子、ウレアの窒素原子、チオウレアの窒素原子、ウレタンの窒素原子、含窒素へテロ環の窒素原子の隣接位に結合した窒素原子等が挙げられる。従って、N−アルコキシメチル基としては、アミドの窒素原子、チオアミドの窒素原子、ウレアの窒素原子、チオウレアの窒素原子、ウレタンの窒素原子、含窒素へテロ環の窒素原子の隣接位に結合した窒素原子等から選ばれる窒素原子にアルコキシメチル基が結合した構造が挙げられる。
(C)成分としては、上記の基を有するものであればよいが、好ましくは、例えば下記の式(X1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2016039337
(式中、Rは水素原子又はメチル基を表し、Rは水素原子、若しくは直鎖又は分岐の炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す)
上記炭素原子数1乃至10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、1−メチル−n−ブチル基、2−メチル−n−ブチル基、3−メチル−n−ブチル基、1,1−ジメチル−n−プロピル基、1,2−ジメチル−n−プロピル基、2,2−ジメチル−n−プロピル基、1−エチル−n−プロピル基、n−ヘキシル基、1−メチル−n−ペンチル基、2−メチル−n−ペンチル基、3−メチル−n−ペンチル基、4−メチル−n−ペンチル基、1,1−ジメチル−n−ブチル基、1,2−ジメチル−n−ブチル基、1,3−ジメチル−n−ブチル基、2,2−ジメチル−n−ブチル基、2,3−ジメチル−n−ブチル基、3,3−ジメチル−n−ブチル基、1−エチル−n−ブチル基、2−エチル−n−ブチル基、1,1,2−トリメチル−n−プロピル基、1,2,2−トリメチル−n−プロピル基、1−エチル−1−メチル−n−プロピル基、1−エチル−2−メチル−n−プロピル基、n−ヘプチル基、1−メチル−n−ヘキシル基、2−メチル−n−ヘキシル基、3−メチル−n−ヘキシル基、1,1−ジメチル−n−ペンチル基、1,2−ジメチル−n−ペンチル基、1,3−ジメチル−n−ペンチル基、2,2−ジメチル−n−ペンチル基、2,3−ジメチル−n−ペンチル基、3,3−ジメチル−n−ペンチル基、1−エチル−n−ペンチル基、2−エチル−n−ペンチル基、3−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−1−エチル−n−ブチル基、1−メチル−2−エチル−n−ブチル基、1−エチル−2−メチル−n−ブチル基、2−メチル−2−エチル−n−ブチル基、2−エチル−3−メチル−n−ブチル基、n−オクチル基、1−メチル−n−ヘプチル基、2−メチル−n−ヘプチル基、3−メチル−n−ヘプチル基、1,1−ジメチル−n−ヘキシル基、1,2−ジメチル−n−ヘキシル基、1,3−ジメチル−n−ヘキシル基、2,2−ジメチル−n−ヘキシル基、2,3−ジメチル−n−ヘキシル基、3,3−ジメチル−n−ヘキシル基、1−エチル−n−ヘキシル基、2−エチル−n−ヘキシル基、3−エチル−n−ヘキシル基、1−メチル−1−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−2−エチル−n−ペンチル基、1−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、2−メチル−2−エチル−n−ペンチル基、2−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、3−メチル−3−エチル−n−ペンチル基、n−ノニル基、n−デシル基等が挙げられる。
上記式(X1)で表される化合物の具体例としては、N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド等のヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基で置換されたアクリルアミド化合物又はメタクリルアミド化合物が挙げられる。なお(メタ)アクリルアミドとはメタクリルアミドとアクリルアミドの双方を意味する。
(C)成分のC=C二重結合を含む重合性基とN−アルコキシメチル基を有する化合物の別の態様としては、好ましくは、例えば下記の式(X2)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2016039337
式中、R51は水素原子又はメチル基を表す。R52及びR53はそれぞれ独立に直鎖又は分岐の炭素原子数2乃至20のアルキレン基、炭素原子数5乃至6の脂肪族環基、若しくは炭素原子数5乃至6の脂肪族環を含む脂肪族基を表し、構造中にエーテル結合を含んでいてもよい。R54は直鎖又は分岐の炭素原子数1乃至20のアルキル基、炭素原子数5乃至6の脂肪族環基、若しくは炭素原子数5乃至6の脂肪族環を含む脂肪族基を表し、これらの基の一つのメチレンまたは隣り合わない複数のメチレン基がエーテル結合に置き換わっていてもよい。Zは>NCOO−、または−OCON<(ここで「−」は結合手が1つであることを示す。また、「>」「<」は結合手が2つであることを示し、かつ、どちらか1つの結合手にアルコキシメチル基が結合していることを示す。)を表す。rは2以上9以下の自然数である。
53及びR54の定義における炭素原子数2乃至20のアルキレン基の具体例としては、炭素原子数2乃至20のアルキル基から、さらに1乃至8個の水素原子を取り去った2価乃至9価の基が挙げられる。
当該炭素原子数2乃至20のアルキル基の具体例としては、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、1−メチル−n−ブチル基、2−メチル−n−ブチル基、3−メチル−n−ブチル基、1,1−ジメチル−n−プロピル基、n−ヘキシル基、1−メチル−n−ペンチル基、2−メチル−n−ペンチル基、1,1−ジメチル−n−ブチル基、1−エチル−n−ブチル基、1,1,2−トリメチル−n−プロピル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、それらの一種または複数種が炭素原子数20までの範囲で結合した基と、これらの基の一つのメチレンまたは隣り合わない複数のメチレン基がエーテル結合に置き換わった基等が一例として挙げられる。
これらのうち、炭素原子数2乃至10のアルキレン基が好ましく、R53がエチレン基であり、R54がヘキシレン基であるのが原料の入手性等の点から特に好ましい。
52の定義における炭素原子数1乃至20のアルキル基の具体例としては、R53及びR54の定義における炭素原子数2乃至20のアルキル基の具体例及びメチル基が挙げられる。これらのうち、炭素原子数1乃至6のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基またはn−ブチル基が特に好ましい。
rとしては、2以上9以下の自然数が挙げられるが、中でも、2乃至6が好ましい。
化合物(X2)は、下記の反応スキームで表される製造方法により得られる。すなわち、下記式(X2−1)で表されるアクリルまたはメタクリル基を有するカルバメート化合物(以下、化合物(X2−1)とも言う)を、トリメチルシリルクロリドとパラホルムアルデヒド(一般に化学式(CHO)nで表される)とを加えた溶媒中で反応させて下記式(X2−2)で表される中間体を合成し、その反応液へR52−OHで表されるアルコールを加えて反応させることにより製造される。
Figure 2016039337
式中、R51、R52、R53、R54、Z及びrは前記の意味を表し、Xは−NHCOO−または−OCONH−を表す。
化合物(X2−1)に対するトリメチルシリルクロリドとパラホルムアルデヒドの使用量は特に限定されないが、反応を完結させるため、分子中のカルバメート結合1つに対し、トリメチルシリルクロリドは1.0乃至6.0当量倍、パラホルムアルデヒドは1.0乃至3.0当量倍使用することが好ましく、トリメチルシリルクロリドの使用当量はパラホルムアルデヒドの使用当量より多いことがより好ましい。
反応溶媒としては、反応に不活性なものであれば特に限定はないが、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素類;塩化メチレン、四塩化炭素、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン系炭化水素類;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等の含窒素非プロトン性極性溶媒;ピリジン、ピコリン等のピリジン類等が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いても、これらのうちの2種類以上を混合して用いてもよい。好ましくは塩化メチレン、クロロホルムであり、さらに好ましくは塩化メチレンである。
上記溶媒の使用量(反応濃度)は特に限定されないが、溶媒を用いずに反応を実施してもよく、また溶媒を使用する場合には化合物(X2−1)に対して0.1乃至100質量倍の溶媒を用いてもよい。好ましくは1乃至30質量倍であり、さらに好ましくは2乃至20質量倍である。
反応温度は特に限定されないが、例えば−90乃至200℃、好ましくは−20乃至100℃で、さらに好ましくは−10乃至50℃である。
反応時間は、通常、0.05乃至200時間、好ましくは0.5乃至100時間である。
反応は、常圧または加圧下で行うことができ、また回分式でも連続式でもよい。
反応させる際に、重合禁止剤を添加してもよい。そのような重合禁止剤としてはBHT(2,6−ジ−ターシャリーブチル−パラ−クレゾール)やハイドロキノン、パラ−メトキシフェノールなどを用いることができ、アクリル基、メタクリル基の重合を阻害するものであれば特に限定はされない。
重合禁止剤を添加する場合の添加量は特に限定されないが、化合物(X2−1)の総使用量(質量)に対し、0.0001乃至10wt%であり、好ましくは0.01乃至1wt%である。本明細書においてwt%とは質量%を意味する。
中間体(X2−2)にアルコールを反応させる工程においては、酸性条件下の加水分解を抑制するため塩基を加えてもよい。塩基の例としてはピリジン、ピコリン等のピリジン類や、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、トリブチルアミン等の第3級アミン等が挙げられる。好ましくはトリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミンであり、より好ましくはトリエチルアミンである。塩基を添加する場合の添加量は、特に限定はされないが、反応時に用いたトリメチルシリルクロリドの添加量に対し、0.01乃至2.0当量倍使用すればよく、より好ましくは0.5乃至1.0当量である。
また、化合物(X2−1)から中間体(X2−2)を得た後、中間体(X2−2)を単離することなく、アルコールを添加して反応させてもよい。
化合物(X2−1)の合成法は特に限定されないが、(メタ)アクリロイルオキシアルキルイソシアネートとポリオール化合物とを反応させるか、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート化合物とポリイソシアネート化合物とを反応させることにより、製造することが出来る。
(メタ)アクリロイルオキシアルキルイソシアネートの具体例としては、例えば2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工(株)製,商品名:カレンズMOI[登録商標])、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネ−ト(昭和電工(株)製,商品名:カレンズAOI[登録商標])などが挙げられる。
ポリオール化合物の具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノールなどのジオール化合物、グリセリン、トリメチロールプロパンなどのトリオール化合物、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ジグリセリンなどが挙げられる。
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート化合物の具体例としては、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジエチレングリコールモノアクリレート、ジエチレングリコールモノメタクリレート、ポリ(エチレングリコール)エチルエーテルアクリレート、ポリ(エチレングリコール)エチルエーテルメタクリレート等のヒドロキシ基を有するモノマー等が挙げられる。
ポリイソシアネート化合物の具体例としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、ω,ω’−ジイソシアネートジメチルシクロヘキサン等の脂環族ジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、1,8−ジイソシアネート−4−イソシアネートメチルオクタン、1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート等のトリイソシアネート等が挙げられる。
これらの(メタ)アクリロイルオキシアルキルイソシアネート化合物、ポリオール化合物、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート化合物およびポリイソシアネート化合物は一般に市販されており、また、公知の方法によって合成することができる。
また(C)成分の一例として、単位構造として、N−アルコキシメチル基と、C=C二重結合を含む重合性基とを有するポリマー(以下特定共重合体2ともいう)も挙げられる。これは、前述の通り(B)成分の架橋剤を兼ねることも出来、すなわちこの場合、(C)成分は(B)成分と同じであってもよい。

上記特定共重合体は、N−アルコキシメチル基及びC=C二重結合を含む重合性基の双方の基を含む繰り返し単位構造を含むポリマー、或いはN−アルコキシメチル基を含む繰り返し単位構造と、C=C二重結合を含む重合性基を含む繰り返し単位とを含むポリマーであってよく、また、N−アルコキシメチル基及びC=C二重結合を含む重合性基の双方の基を含む繰り返し単位構造と、N−アルコキシメチル基を含む繰り返し単位構造及びC=C二重結合を含む重合性基を含む繰り返し単位の少なくとも一方の繰り返し単位構造とを含むポリマーであってもよい。これらの中でも、特定共重合体2として、N−アルコキシメチル基を含む繰り返し単位構造と、C=C二重結合を含む重合性基を含む繰り返し単位とを含むポリマーを好適に用いることができる。
以下(C)成分の一例である特定共重合体2((C)成分のポリマーとも称する)について述べる。
N−アルコキシメチル基のN、すなわち窒素原子としては、アミドの窒素原子、チオアミドの窒素原子、ウレアの窒素原子、チオウレアの窒素原子、ウレタンの窒素原子、含窒素へテロ環の窒素原子の隣接位に結合した窒素原子等が挙げられる。従って、N−アルコキシメチル基としては、アミドの窒素原子、チオアミドの窒素原子、ウレアの窒素原子、チオウレアの窒素原子、ウレタンの窒素原子、含窒素へテロ環の窒素原子の隣接位に結合した窒素原子等から選ばれる窒素原子にアルコキシメチル基が結合した構造が挙げられる。
N−アルコキシメチル基を与えるモノマー(以下、特定モノマーX1ともいう)としては、上記の基を有するものであればよいが、好ましくは、例えば上記の式(X1)で表される化合物(式中のRが直鎖又は分岐の炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す化合物)が挙げられる。
C=C二重結合を含む重合性基としては、アクリル基、メタクリル基、ビニル基、アリル基、マレイミド基等が挙げられる。
上記C=C二重結合を含む重合性基は、ポリマーの主骨格の側鎖に組み込まれ得、すなわち、C=C二重結合を含む重合性基を有する特定側鎖として、(C)成分のポリマーの側鎖に組み込まれ得る。
(C)成分のC=C二重結合を含む重合性基を有する特定側鎖は、炭素原子数が3〜16であって、末端に不飽和結合を有するものであることが好ましく、下記式(b2)で表される特定側鎖が特に好ましい。式(b2)で表される特定側鎖は、例えば式(b2−1)に示すように、アクリル重合体のエステル結合部分に結合するものである。
Figure 2016039337
式(b2)中、R41は、炭素原子数が1〜14であり、脂肪族基、環式構造を含む脂肪族基および芳香族基よりなる群から選ばれる有機基、または、この群から選ばれる複数の有機基の組み合わせからなる有機基である。R41は、エステル結合、エーテル結合、アミド結合またはウレタン結合などを含んでいてもよい。
式(b2)で表される特定側鎖において、R42は水素原子またはメチル基であり、特にR42が水素原子である特定側鎖が好ましい。より好ましくは、末端がアクリロイル基、メタクリロイル基またはビニルフェニル基である特定側鎖である。
式(b2−1)において、R43は水素原子またはメチル基である。
上記のような特定側鎖を有するポリマーを得る方法は、特に限定されない。
一例を挙げれば、予めラジカル重合などの重合方法によって、後述する特定官能基を有するアクリル重合体(以下、特定官能基を有するポリマーともいう)を生成する(なお、この特定官能基を有するアクリル共重合体には、後述するようにN−アルコキシメチル基が既に導入されている)。次いで、この特定官能基と、末端に不飽和結合(C=C二重結合)をを有する化合物(以下、特定化合物と称す。)とを反応させて特定側鎖を生成させることにより、C=C二重結合を含む重合性基を導入し、(C)成分のポリマーを得ることができる。
ここで、特定官能基とは、カルボキシル基、グリシジル基、ヒドロキシ基、活性水素を有するアミノ基、フェノール性ヒドロキシ基若しくはイソシアネート基などの官能基、または、これらから選ばれる複数種の官能基を言う。
上述した特定側鎖を生成させる反応において、特定官能基と、特定化合物が有する官能基であって(特性側鎖を生成させる)反応に関与する基との好ましい組み合わせは、カルボキシル基とエポキシ基、ヒドロキシ基とイソシアネート基、フェノール性ヒドロキシ基とエポキシ基、カルボキシル基とイソシアネート基、アミノ基とイソシアネート基、または、ヒドロキシ基と酸クロリドなどである。さらに、より好ましい組み合わせは、カルボキシル基とグリシジルメタクリレート、または、ヒドロキシ基とイソシアネートエチルメタクリレートである。
また、上述した特定側鎖を生成させる反応において使用する特定官能基を有するポリマーは、N−アルコキシメチル基と特定官能基とを有するポリマーであることが好ましい。すなわち、好ましくは、前記特定官能基を有するポリマーは、N−アルコキシメチル基を与えるモノマーである特定モノマーX1と、末端に不飽和結合(C=C二重結合)を有する化合物である特定化合物と反応するための官能基(特定官能基)を有するモノマー、すなわち、カルボキシル基、グリシジル基、ヒドロキシ基、活性水素を有するアミノ基、フェノール性ヒドロキシ基またはイソシアネート基などを有するモノマー(以下、特定モノマーX3ともいう)を必須成分として得られる共重合体であり、またその数平均分子量が2,000〜25,000のものであることが好ましい。ここで、重合に用いる特定官能基を有するモノマーは、単独でもよいし、重合中に反応しない組み合わせであれば複数種を併用してもよい。
以下に、特定官能基を有するポリマーを得るのに必要なモノマー、すなわち、特定モノマーX3の具体例を挙げる。但し、これらに限定されるものではない。
カルボキシル基を有するモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、モノ−(2−(アクリロイルオキシ)エチル)フタレート、モノ−(2−(メタクリロイルオキシ)エチル)フタレート、N−(カルボキシフェニル)マレイミド、N−(カルボキシフェニル)メタクリルアミドおよびN−(カルボキシフェニル)アクリルアミドなどが挙げられる。
グリシジル基を有するモノマーとしては、例えば、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アリルグリシジルエーテル、3−エテニル−7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプタン、1,2−エポキシ−5−ヘキセンおよび1,7−オクタジエンモノエポキサイドなどが挙げられる。
ヒドロキシ基を有するモノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、2,3−ジヒドロキシプロピルアクリレート、2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート、ジエチレングリコールモノアクリレート、ジエチレングリコールモノメタクリレート、カプロラクトン2−(アクリロイルオキシ)エチルエステル、カプロラクトン2−(メタクリロイルオキシ)エチルエステル、ポリ(エチレングリコール)エチルエーテルアクリレート、ポリ(エチレングリコール)エチルエーテルメタクリレート、5−アクリロイルオキシ−6−ヒドロキシノルボルネン−2−カルボキシリック−6−ラクトンおよび5−メタクリロイルオキシ−6−ヒドロキシノルボルネン−2−カルボキシリック−6−ラクトンなどが挙げられる。
アミノ基を有するモノマーとしては、例えば、2−アミノエチルアクリレートおよび2−アミノメチルメタクリレートなどが挙げられる。
フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーとしては、例えば、ヒドロキシスチレン、N−(ヒドロキシフェニル)アクリルアミド、N−(ヒドロキシフェニル)メタクリルアミドおよびN−(ヒドロキシフェニル)マレイミドなどが挙げられる。
イソシアネート基を有するモノマーとしては、例えば、アクリロイルエチルイソシアネート、メタクリロイルエチルイソシアネートおよびm−テトラメチルキシレンイソシアネートなどが挙げられる。
上述したように、前記特定官能基との反応により得られる前記式(b2)で表される特定側鎖において、R41の具体例としては、下記式(B−1)〜式(B−11)などが挙げられる。
Figure 2016039337
(式中、*はR42が結合する二重結合を形成する炭素原子との結合個所を表す。)
また、本発明においては、(C)成分のポリマーを得る際に、特定モノマーX1と、特定モノマーX3の他に、該モノマーと共重合可能であって、前記(A)成分の熱架橋可能な官能基(すなわち、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミノ基、アルコキシシリル基等)を有さないモノマーを併用することができる。
そのようなモノマーの具体例としては、特定モノマーX1、並びに、特定モノマーX3とは異なる構造を有するアクリル酸エステル化合物又はメタクリル酸エステル化合物、マレイミド化合物、アクリルアミド化合物、アクリロニトリル、マレイン酸無水物、スチレン化合物及びビニル化合物等(以下、モノマーX4ともいう)が挙げられる。
以下、前記モノマーX4の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
前記モノマーX4の例であるアクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、ベンジルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルアクリレート、アントリルメチルアクリレート、フェニルアクリレート、グリシジルアクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3−メトキシブチルアクリレート、2−メチル−2−アダマンチルアクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルアクリレート、8−メチル−8−トリシクロデシルアクリレート、及び、8−エチル−8−トリシクロデシルアクリレート等が挙げられる。
前記モノマーX4の例であるメタクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ナフチルメタクリレート、アントリルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、2−エトキシエチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、3−メトキシブチルメタクリレート、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート、γ−ブチロラクトンメタクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルメタクリレート、8−メチル−8−トリシクロデシルメタクリレート、及び、8−エチル−8−トリシクロデシルメタクリレート等が挙げられる。
前記モノマーX4の例であるビニル化合物としては、例えば、メチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、ビニルナフタレン、ビニルカルバゾール、アリルグリシジルエーテル、3−エテニル−7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプタン、1,2−エポキシ−5−ヘキセン、及び、1,7−オクタジエンモノエポキサイド等が挙げられる。
前記モノマーX4の例であるスチレン化合物としては、例えば、スチレン、メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン等が挙げられる。
前記モノマーX4の例であるマレイミド化合物としては、例えば、マレイミド、N−メチルマレイミド、N−フェニルマレイミド、及びN−シクロヘキシルマレイミド等が挙げられる。
(C)成分のポリマー中、N−アルコキシメチル基の存在割合が、該ポリマーの全繰り返し単位100モルあたり、40モル%〜90モル%であることが好ましく、50モル%〜85モル%がさらに好ましい。
すなわち、(C)成分である特定共重合体2を得るために用いられる特定モノマーX1(N−アルコキシメチル基を与えるモノマー)の使用量は、(C)成分である特定共重合体2を得るために用いる全モノマーの合計量に基づいて、40モル%〜90モル%であることが好ましく、50モル%〜85モル%がさらに好ましい。
合計が40モル%未満である場合は(A)成分との熱架橋による硬化が不十分となる場合があり、90モル%より過大である場合は、液晶層との密着性に悪影響を与える場合がある。
(C)成分のポリマー中、C=C二重結合を含む重合性基の存在割合が、該ポリマーの全繰り返し単位100モルあたり、10モル%〜60モル%であることが好ましく、15モル%〜50モル%であることがさらに好ましい。
すなわち、(C)成分である特定共重合体2を得るために用いられる特定モノマーX3(末端に不飽和結合(C=C二重結合)を有する化合物である特定化合物と反応するための官能基(特定官能基)を有するモノマー)の使用量は、(C)成分である特定共重合体2を得るために用いる全モノマーの合計量に基づいて、10モル%〜60モル%であることが好ましく、15モル%〜50モル%であることがさらに好ましい。
合計が10モル%未満である場合は、液晶層との密着性が不十分となる場合があり、60モル%より過大である場合は、(A)成分との熱架橋による硬化が不十分となる場合がある。
(C)成分の例である特定共重合体2を得る方法は特に限定されないが、例えば、特定モノマーX1と、特定モノマーX3と、所望によりそれ以外のモノマー(例えばモノマーX4)と重合開始剤等とを共存させた溶剤中において、50℃〜110℃の温度下で重合反応により得られる。その際、用いられる溶剤は、上記特定モノマーX1、特定モノマーX3、所望により用いられる当該それ以外のモノマー及び重合開始剤等を溶解するものであれば特に限定されない。具体例としては、後述する[溶剤]の項に記載する。
以上の方法により得られる(C)成分の例であるアクリル重合体は、通常、溶剤に溶解した溶液の状態であり、本発明において(C)成分の溶液としてそのまま使用することができる。
また、上記方法で得られた(C)成分の例であるアクリル重合体の溶液を、撹拌下のジエチルエーテルや水等に投入して再沈殿させ、生成した沈殿物を濾過・洗浄した後に、常圧又は減圧下で、常温乾燥又は加熱乾燥し、(C)成分の特定共重合体2の粉体とすることができる。上述の操作により、(C)成分の特定共重合体2と共存する重合開始剤及び未反応のモノマーを除去することができ、その結果、精製した(C)成分の例である特定共重合体2の粉体が得られる。一度の操作で充分に精製できない場合は、得られた粉体を溶剤に再溶解させ、上述の操作を繰り返し行えばよい。
本発明の光学フィルムにおける表面の硬化膜を形成する組成物において、(C)成分の特定共重合体2は、粉体形態で、又は精製した粉末を後述する溶剤に再溶解した溶液形態で用いてもよい。
また、本発明の光学フィルムにおける表面の硬化膜を形成する組成物において(C)成分の特定共重合体2は、複数種の混合物であってもよい。
このようなポリマーの重量平均分子量は、1,000〜500,000であり、好ましくは、2,000〜200,000であり、より好ましくは3,000〜150,000であり、さらに好ましくは3,000〜50,000である。
本発明の実施形態の硬化膜形成組成物における(C)成分の含有量は、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して、好ましくは0.1質量部〜100質量部であり、更に好ましくは5質量部〜70質量部である。(C)成分の含有量を0.1質量部以上とすることで、形成される硬化膜に充分な密着性を付与することができる。しかし、100質量部より多い場合、液晶配向性が低下し易い。
なお、(B)成分の上記特定共重合体2であり、(C)成分と(B)成分が同じ(同一化合物)である場合、(C)成分の配合量を、(B)成分の配合量として捉える(この場合、配合上は(C)成分の配合量を0と捉える)ものとする。
また、本実施形態の硬化膜形成組成物において、(C)成分は、(C)成分の化合物の複数種の混合物であってもよい。
<(D)成分>
本発明の硬化膜形成組成物は、前述の(C)成分:密着促進剤と(D)成分:熱架橋性基を有するポリマーのいずれか一方或いは双方を含有する。
本発明の(D)成分であるポリマー(以下、特定重合体とも称する)としては、例えば、アクリル重合体、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリエステルポリカルボン酸、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリアルキレンイミン、ポリアリルアミン、セルロース類(セルロースまたはその誘導体)、フェノールノボラック樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂等の直鎖構造または分岐構造を有するポリマー、シクロデキストリン類等の環状ポリマー等が挙げられる。
(D)成分である特定重合体としては、好ましくは、アクリル重合体、ヒドロキシアルキルシクロデキストリン類、セルロース類、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール並びにポリカプロラクトンポリオールが挙げられる。
(D)成分の特定重合体の好ましい一例であるアクリル重合体としては、アクリル酸、メタクリル酸、スチレン、ビニル化合物等の不飽和二重結合を有するモノマーを重合して得られる重合体であって、下記の特定官能基Dを有するモノマーを含むモノマーまたはその混合物を重合させることにより得られる重合体であればよく、アクリル重合体を構成する高分子の主鎖の骨格および側鎖の種類などについて特に限定されない。
特定官能基Dを有するモノマーとしては、ポリエチレングリコールエステル基を有するモノマー、炭素原子数2〜5のヒドロキシアルキルエステル基を有するモノマー、フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマー、カルボキシル基を有するモノマー、アミノ基を有するモノマー、アルコキシシリル基を有するモノマー、アセトアセトキシ基を有するモノマー、そしてアミド基を有するモノマー等が挙げられる。
上述したポリエチレングリコールエステル基を有するモノマーとしては、H−(OCHCH)p−OHのモノアクリレートまたはモノメタクリレートが挙げられる。そのpの値は2〜50であり、好ましくは2〜10である。
上述した炭素原子数2〜5のヒドロキシアルキルエステル基を有するモノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレートが挙げられる。
上述したフェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーとしては、例えば、p−ヒドロキシスチレン、m−ヒドロキシスチレン、o−ヒドロキシスチレンが挙げられる。
上述したカルボキシル基を有するモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル安息香酸が挙げられる。
上述したアミノ基を側鎖に有するモノマーとしては、例えば、2−アミノエチルアクリレート、2−アミノエチルメタクリレート、アミノプロピルアクリレート及びアミノプロピルメタクリレートが挙げられる。
上述したアルコキシシリル基を側鎖に有するモノマーとしては、例えば、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン及びアリルトリエトキシシラン等が挙げられる。
上述したアセトアセトキシ基を側鎖に有するモノマーとしては、例えば、2−アセトアセトキシエチルアクリレート、2−アセトアセトキシエチルメタクリレート等が挙げられる。
また、本実施形態においては、(D)成分の例であるアクリル重合体を合成するに際し、本発明の効果を損なわない限り、上述の特定官能基Dを有さないモノマー、例えばヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、アルコキシシリル基およびアセトアセトキシ基のいずれも有さないモノマーを併用することができる。
そのようなモノマーの具体例としては、アクリル酸エステル化合物、メタクリル酸エステル化合物、マレイミド化合物、アクリロニトリル、マレイン酸無水物、スチレン化合物及びビニル化合物等が挙げられる。
アクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ベンジルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルアクリレート、アントリルメチルアクリレート、フェニルアクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3−メトキシブチルアクリレート、2−メチル−2−アダマンチルアクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルアクリレート、8−メチル−8−トリシクロデシルアクリレート、及び、8−エチル−8−トリシクロデシルアクリレート等が挙げられる。
メタクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ナフチルメタクリレート、アントリルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、2−エトキシエチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、3−メトキシブチルメタクリレート、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルメタクリレート、8−メチル−8−トリシクロデシルメタクリレート、及び、8−エチル−8−トリシクロデシルメタクリレート等が挙げられる。
マレイミド化合物としては、例えば、マレイミド、N−メチルマレイミド、N−フェニルマレイミド、及びN−シクロヘキシルマレイミド等が挙げられる。
スチレン化合物としては、例えば、スチレン、メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン等が挙げられる。
ビニル化合物としては、例えば、ビニルエーテル、メチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル、及び、プロピルビニルエーテル等が挙げられる。
(D)成分の例であるアクリル重合体を得るために用いる特定官能基Dを有するモノマーの使用量は、(D)成分であるアクリル重合体を得るために用いる全モノマーの合計量に基づいて、2モル%〜98モル%であることが好ましい。特定官能基Dを有するモノマーが過小の場合は、得られる硬化膜の液晶配向性が不充分となり易く、過大の場合は(A)成分との相溶性が低下し易い。
(D)成分の例であるアクリル重合体を得る方法は特に限定されないが、例えば、特定官能基Dを有するモノマーを含むモノマーと、所望により特定官能基Dを有さないモノマーと、重合開始剤等とを共存させた溶剤中において、50℃〜110℃の温度下で重合反応により得られる。その際、用いられる溶剤は、特定官能基Dを有するモノマーと、所望により用いられる特定官能基Dを有さないモノマーおよび重合開始剤等を溶解するものであれば特に限定されない。具体例としては、後述する[溶剤]の項に記載する。
以上の方法により得られる(D)成分の例であるアクリル重合体は、通常、溶剤に溶解した溶液の状態である。
また、上記方法で得られた(D)成分の例であるアクリル重合体の溶液を、撹拌下のジエチルエーテルや水等に投入して再沈殿させ、生成した沈殿物を濾過・洗浄した後に、常圧または減圧下で、常温乾燥または加熱乾燥し、(D)成分の例であるアクリル重合体の粉体とすることができる。上述の操作により、(D)成分の例であるアクリル重合体と共存する重合開始剤および未反応のモノマーを除去することができ、その結果、精製した(B)成分の例であるアクリル重合体の粉体が得られる。一度の操作で充分に精製できない場合は、得られた粉体を溶剤に再溶解させ、上述の操作を繰り返し行えばよい。
(D)成分の好ましい例であるアクリル重合体は、重量平均分子量が3,000〜200,000であることが好ましく、4,000〜150,000であることがより好ましく、5,000〜100,000であることがさらに好ましい。重量平均分子量が200,000を超えて過大なものであると、溶剤に対する溶解性が低下しハンドリング性が低下する場合があり、重量平均分子量が3,000未満で過小なものであると、熱硬化時に硬化不足になり溶剤耐性および耐熱性が低下する場合がある。尚、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、標準試料としてポリスチレンを用いて得られる値である。以下、本明細書においても同様とする。
次に、(D)成分の特定重合体の好ましい一例であるポリエーテルポリオールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、プロピレングリコールやビスフェノールA、トリエチレングリコール、ソルビトール等の多価アルコールにプロピレンオキサイドやポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等を付加したものが挙げられる。ポリエーテルポリオールの具体例としては(株)ADEKA製アデカポリエーテルPシリーズ、Gシリーズ、EDPシリーズ、BPXシリーズ、FCシリーズ、CMシリーズ、日油(株)製ユニオックス(登録商標)HC−40、HC−60、ST−30E、ST−40E、G−450、G−750、ユニオール(登録商標)TG−330、TG−1000、TG−3000、TG−4000、HS−1600D、DA−400、DA−700、DB−400、ノニオン(登録商標)LT−221、ST−221、OT−221等が挙げられる。
(D)成分の特定重合体の好ましい一例であるポリエステルポリオールとしては、アジピン酸、セバシン酸、イソフタル酸等の多価カルボン酸にエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のジオールを反応させたものが挙げられる。ポリエステルポリオールの具体例としてはDIC(株)製ポリライト(登録商標)OD−X−286、OD−X−102、OD−X−355、OD−X−2330、OD−X−240、OD−X−668、OD−X−2108、OD−X−2376、OD−X−2044、OD−X−688、OD−X−2068、OD−X−2547、OD−X−2420、OD−X−2523、OD−X−2555、OD−X−2560、(株)クラレ製ポリオールP−510、P−1010、P−2010、P−3010、P−4010、P−5010、P−6010、F−510、F−1010、F−2010、F−3010、P−1011、P−2011、P−2013、P−2030、N−2010、PNNA−2016等が挙げられる。
(D)成分の特定重合体の好ましい一例であるポリカプロラクトンポリオールとしては、トリメチロールプロパンやエチレングリコール等の多価アルコールを開始剤としてε−カプロラクトンを開環重合させたものが挙げられる。ポリカプロラクトンポリオールの具体例としてはDIC(株)製ポリライト(登録商標)OD−X−2155、OD−X−640、OD−X−2568、(株)ダイセル製プラクセル(登録商標)205、L205AL、205U、208、210、212、L212AL、220、230、240、303、305、308、312、320等が挙げられる。
(D)成分の特定重合体の好ましい一例であるポリカーボネートポリオールとしては、トリメチロールプロパンやエチレングリコール等の多価アルコールと炭酸ジエチル、炭酸ジフェニル、エチレンカーボネート等を反応させたものが挙げられる。ポリカーボネートポリオールの具体例としては(株)ダイセル製プラクセル(登録商標)CD205、CD205PL、CD210、CD220、(株)クラレ製のC−590、C−1050、C−2050、C−2090、C−3090等が挙げられる。
(D)成分の特定重合体の好ましい一例であるセルロースとしては、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース類、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルエチルセルロース等のヒドロキシアルキルアルキルセルロース類およびセルロース等が挙げられ、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース類が好ましい。
(D)成分の特定重合体の好ましい一例であるシクロデキストリンとしては、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリンおよびγシクロデキストリン等のシクロデキストリン、メチル−α−シクロデキストリン、メチル−β−シクロデキストリンならびにメチル−γ−シクロデキストリン等のメチル化シクロデキストリン、ヒドロキシメチル−α−シクロデキストリン、ヒドロキシメチル−β−シクロデキストリン、ヒドロキシメチル−γ−シクロデキストリン、2−ヒドロキシエチル−α−シクロデキストリン、2−ヒドロキシエチル−β−シクロデキストリン、2−ヒドロキシエチル−γ−シクロデキストリン、2−ヒドロキシプロピル−α−シクロデキストリン、2−ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン、2−ヒドロキシプロピル−γ−シクロデキストリン、3−ヒドロキシプロピル−α−シクロデキストリン、3−ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン、3−ヒドロキシプロピル−γ−シクロデキストリン、2,3−ジヒドロキシプロピル−α−シクロデキストリン、2,3−ジヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン、2,3−ジヒドロキシプロピル−γ−シクロデキストリン等のヒドロキシアルキルシクロデキストリン等が挙げられる。
(D)成分の特定重合体の好ましい一例であるメラミンホルムアルデヒド樹脂としては、メラミンとホルムアルデヒドを重縮合して得られる樹脂であり下記式で表される。
Figure 2016039337
上記式中、R21は水素原子または炭素原子数1〜4のアルキル基を表し、qは繰り返し単位の数を表す自然数である。
(D)成分のメラミンホルムアルデヒド樹脂は、保存安定性の観点からメラミンとホルムアルデヒドの重縮合の際に生成したメチロール基がアルキル化されていることが好ましい。
(D)成分のメラミンホルムアルデヒド樹脂を得る方法は特には限定されないが、一般的にメラミンとホルムアルデヒドを混合し、炭酸ナトリウムやアンモニア等を用いて弱アルカリ性にした後60℃〜100℃にて加熱することにより合成される。さらにアルコールと反応させることでメチロール基をアルコキシ化することができる。
(D)成分のメラミンホルムアルデヒド樹脂は、重量平均分子量が250〜5,000であることが好ましく、300〜4,000であることがより好ましく、350〜3,500であることがさらに好ましい。重量平均分子量が5,000を超えて過大なものであると、溶剤に対する溶解性が低下しハンドリング性が低下する場合があり、重量平均分子量が250未満で過小なものであると、熱硬化時に硬化不足になり溶剤耐性および耐熱性の向上効果が十分に現れない場合がある。
本発明の実施形態においては、(D)成分のメラミンホルムアルデヒド樹脂は液体形態で、あるいは精製した液体を後述する溶剤に再溶解した溶液形態で用いてもよい。
(D)成分の特定重合体の好ましい一例であるフェノールノボラック樹脂としては、例えば、フェノール−ホルムアルデヒド重縮合物などが挙げられる。
本実施形態の硬化膜形成組成物において、(D)成分のポリマーは、粉体形態で、または精製した粉末を後述する溶剤に再溶解した溶液形態で用いてもよい。
本発明の硬化膜形成組成物における(D)成分の含有量は、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して、好ましくは400質量部以下、より好ましくは10質量部〜380質量部、更に好ましくは40質量部〜360質量部である。(D)成分の含有量が過大の場合は液晶配向性が低下し易く、過小の場合は密着性が低下し易い。
また、本実施の形態の硬化膜形成組成物において、(D)成分は、(D)成分として例示されたポリマーの複数種の混合物であってもよい。
<(E)成分>
本発明の硬化膜形成組成物は、前記(A)成分、(B)成分、(C)成分及び/又は(D)成分に加えて、さらに(E)成分として架橋触媒を含有することができる。
(E)成分である架橋触媒としては、例えば、酸または熱酸発生剤を好適に使用できる。この(E)成分は、本発明の硬化膜形成組成物の熱硬化反応を促進させることにおいて有効である。
(E)成分は、具体的には、上記酸としてスルホン酸基含有化合物、塩酸またはその塩が挙げられる。そして上記熱酸発生剤としては、加熱処理時に熱分解して酸を発生する化合物、すなわち温度80℃から250℃で熱分解して酸を発生する化合物であれば、特に限定されるものではない。
上記酸の具体例としては、例えば、塩酸またはその塩;メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、ペンタンスルホン酸、オクタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、カンファースルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、p−フェノールスルホン酸、2−ナフタレンスルホン酸、メシチレンスルホン酸、p−キシレン−2−スルホン酸、m−キシレン−2−スルホン酸、4−エチルベンゼンスルホン酸、1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクタンスルホン酸、パーフルオロ(2−エトキシエタン)スルホン酸、ペンタフルオロエタンスルホン酸、ノナフルオロブタン−1−スルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸等のスルホン酸基含有化合物またはその水和物や塩等が挙げられる。
また熱により酸を発生する化合物としては、例えば、ビス(トシルオキシ)エタン、ビス(トシルオキシ)プロパン、ビス(トシルオキシ)ブタン、p−ニトロベンジルトシレート、o−ニトロベンジルトシレート、1,2,3−フェニレントリス(メチルスルホネート)、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム塩、p−トルエンスルホン酸モルホニウム塩、p−トルエンスルホン酸エチルエステル、p−トルエンスルホン酸プロピルエステル、p−トルエンスルホン酸ブチルエステル、p−トルエンスルホン酸イソブチルエステル、p−トルエンスルホン酸メチルエステル、p−トルエンスルホン酸フェネチルエステル、シアノメチルp−トルエンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエチルp−トルエンスルホネート、2−ヒドロキシブチルp−トルエンスルホネート、N−エチル−p−トルエンスルホンアミド、さらに下記式で表される化合物:
Figure 2016039337
Figure 2016039337
Figure 2016039337
Figure 2016039337
Figure 2016039337
Figure 2016039337
等が挙げられる。
本発明の硬化膜形成組成物における(E)成分の含有量は、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して、好ましくは0.01質量部〜20質量部、より好ましくは0.1質量部〜15質量部、更に好ましくは0.5質量部〜10質量部である。(E)成分の含有量を0.01質量部以上とすることで、充分な熱硬化性および溶剤耐性を付与することができる。しかし、20質量部より多い場合、組成物の保存安定性が低下する場合がある。
<溶剤>
本発明の硬化膜形成組成物は、主として溶剤に溶解した溶液状態で用いられる。その際に使用する溶剤は、(A)成分、(B)成分、(C)成分及び/又は(D)成分、さらに必要に応じて(E)成分および/または後述するその他添加剤を溶解できればよく、その種類および構造などは特に限定されるものでない。
溶剤の具体例としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、2−メチル−1−ブタノール、n−ペンタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、イソブチルメチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−ブタノン、3−メチル−2−ペンタノン、2−ペンタノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、シクロペンチルメチルエーテル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、およびN−メチル−2−ピロリドン等が挙げられる。
本発明の硬化膜形成組成物を用い、樹脂フィルム上に硬化膜を形成して配向材を製造する場合は、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、2−メチル−1−ブタノール、2−ヘプタノン、イソブチルメチルケトン、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が、樹脂フィルムが耐性を示す溶剤であるという点から好ましい。
これらの溶剤は、1種単独でまたは2種以上の組合せで使用することができる。
<その他添加剤>
さらに、本発明の硬化膜形成組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じて、密着向上剤、シランカップリング剤、界面活性剤、レオロジー調整剤、顔料、染料、保存安定剤、消泡剤、酸化防止剤等を含有することができる。
<硬化膜形成組成物の調製>
本発明の硬化膜形成組成物は、(A)成分のポリマー、(B)成分の架橋剤および(C)成分の密着促進剤及び/又は(D)成分の熱架橋性基を有するポリマーを含有し、所望により(E)成分の架橋触媒、そして更に本発明の効果を損なわない限りにおいてその他の添加剤を含有することができる組成物である。そして通常は、それらが溶剤に溶解した溶液の形態として用いられる。
本発明の硬化膜形成組成物の好ましい例は、以下のとおりである。
[1]:(A)成分、(A)成分100質量部に基づいて、1質量部〜300質量部の(B)成分、並びに、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して0.1質量部〜100質量部の(C)成分及び1質量部〜400質量部の(D)成分のうち少なくとも一方を含有する硬化膜形成組成物。
[2]:(A)成分、(A)成分100質量部に基づいて、1質量部〜300質量部の(B)成分、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して0.1質量部〜100質量部の(C)成分及び1質量部〜400質量部の(D)成分のうち少なくとも一方、並びに、溶剤を含有する硬化膜形成組成物。
[3]:(A)成分、(A)成分100質量部に基づいて、1質量部〜300質量部の(B)成分、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して0.1質量部〜100質量部の(C)成分及び1質量部〜400質量部の(D)成分のうち少なくとも一方、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して0.01質量部〜20質量部の(E)成分、溶剤を含有する硬化膜形成組成物。
[4]:(A)成分、(A)成分100質量部に基づいて、1質量部〜300質量部の(B)成分、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して0.1質量部〜100質量部の(C)成分、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して1〜400質量部の(D)成分、(A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して0.01質量部〜20質量部の(E)成分、並びに、溶剤を含有する硬化膜形成組成物。
本発明の硬化膜形成組成物を溶液として用いる場合の配合割合、調製方法等を以下に詳述する。
本発明の硬化膜形成組成物における固形分の割合は、各成分が均一に溶剤に溶解している限り、特に限定されるものではないが、1質量%〜60質量%であり、好ましくは2質量%〜50質量%であり、より好ましくは2質量%〜20質量%である。ここで、固形分とは、硬化膜形成組成物の全成分から溶剤を除いたものをいう。
本発明の硬化膜形成組成物の調製方法は、特に限定されない。調製法としては、例えば、溶剤に溶解した(A)成分の溶液に(B)成分、(C)成分及び/又は(D)成分、さらには(E)成分等を所定の割合で混合し、均一な溶液とする方法、或いは、この調製法の適当な段階において、必要に応じてその他添加剤をさらに添加して混合する方法が挙げられる。
本発明の硬化膜形成組成物の調製においては、溶剤中の重合反応によって得られる特定共重合体(ポリマー)の溶液をそのまま使用することができる。この場合、例えば、(A)成分の溶液に前記と同様に(B)成分、(C)成分、(D)成分、さらには(E)成分等を入れて均一な溶液とする。この際に、濃度調整を目的としてさらに溶剤を追加投入してもよい。このとき、(A)成分の生成過程で用いられる溶剤と、硬化膜形成組成物の濃度調整に用いられる溶剤とは同一であってもよく、また異なってもよい。
また、調製された硬化膜形成組成物の溶液は、孔径が0.2μm程度のフィルタなどを用いて濾過した後、使用することが好ましい。
<硬化膜、配向材および位相差材>
本発明の硬化膜形成組成物の溶液を基板(基材とも称する)(例えば、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、シリコンナイトライド基板、金属、例えば、アルミニウム、モリブデン、クロムなどが被覆された基板、ガラス基板、石英基板、ITO基板等)やフィルム基板(例えば、トリアセチルセルロース(TAC)フィルム、ポリカーボネート(PC)フィルム、シクロオレフィンポリマー(COP)フィルム、シクロオレフィンコポリマー(COC)フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、アクリルフィルム、ポリエチレンフィルム等の樹脂フィルム)等の上に、バーコート、回転塗布、流し塗布、ロール塗布、スリット塗布、スリットに続いた回転塗布、インクジェット塗布、印刷などによって塗布して塗膜を形成し、その後、ホットプレートまたはオーブン等で加熱乾燥することにより、硬化膜を形成することができる。該硬化膜はそのまま配向材として適用できる。
加熱乾燥の条件としては、硬化膜(配向材)の成分が、その上に塗布される重合性液晶溶液に溶出しない程度に、架橋剤による架橋反応が進行すればよく、例えば、温度60℃〜200℃、時間0.4分間〜60分間の範囲の中から適宜選択された加熱温度および加熱時間が採用される。加熱温度および加熱時間は、好ましくは70℃〜160℃、0.5分間〜10分間である。
本発明の硬化性組成物を用いて形成される硬化膜(配向材)の膜厚は、例えば、0.05μm〜5μmであり、使用する基板の段差や光学的、電気的性質を考慮し適宜選択することができる。
本発明の硬化膜組成物から形成された配向材は耐溶剤性および耐熱性を有しているため、この配向材上に、垂直配向性を有する重合性液晶溶液などの位相差材料を塗布し、配向材上で配向させることができる。そして、配向状態となった位相差材料をそのまま硬化させることにより、光学異方性を有する層として位相差材を形成することができる。そして、配向材を形成する基板がフィルムである場合には、位相差フィルムとして有用となる。
また、上記のようにして形成された、本発明の配向材を有する2枚の基板を用い、スペーサを介して両基板上の配向材が互いに向かい合うように張り合わせた後、それらの基板の間に液晶を注入して、液晶が配向した液晶表示素子とすることもできる。
このように本発明の硬化膜形成組成物は、各種位相差材(位相差フィルム)や液晶表示素子等の製造に好適に用いることができる。
以下、例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでない。
[実施例で用いる略記号]
以下の実施例で用いる略記号の意味は、次のとおりである。
<各成分の原料>
jER−1001:三菱化学(株)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂 分子量900
jER−1055:三菱化学(株)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂 分子量1,600
jER−157S70:三菱化学(株)製エポキシ化ビスフェノールAノボラック樹脂
ECN−1299:旭化成(株)製クレゾールノボラック樹脂
EHPE−3150:(株)ダイセル製トリメチロールプロパンの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物
LAUA:ラウリン酸
5CCA:4−(4’−ペンチル−[1,1’−ビ(シクロヘキサン)]−4−カルボン酸
BMAA:N−ブトキシメチルアクリルアミド
BTEAC:ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド
AIBN:α,α’−アゾビスイソブチロニトリル
HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート
MMA:メチルメタクリレート
<(B)成分>
HMM:下記の構造式で表されるメラミン架橋剤[サイメル(CYMEL)(登録商標)303(三井サイテック(株)製)]
Figure 2016039337
<(C)成分>
BMAA:N−ブトキシメチルアクリルアミド
DM−1:
Figure 2016039337
<(D)成分>
PUA:ポリウレタングラフトアクリルポリマー[アクリット(登録商標)8UA−146(大成ファインケミカル(株)製)]
PCDO:ポリカーボネートジオール[C−590(クラレ(株)製)]
PEPO:ポリエステルポリオール重合体(下記構造単位を有するアジピン酸/ジエチレングリコール共重合体。分子量4,800。)
Figure 2016039337
(上記式中、Rは、アルキレンを表す。)
<(E)成分>
PTSA:p−トルエンスルホン酸・一水和物
<溶剤>
PM:プロピレングリコールモノメチルエーテル
BA:酢酸ブチル
MEK:メチルエチルケトン
CPME:シクロペンチルメチルエーテル
以下の合成例に従い得られたアクリル共重合体の数平均分子量及び重量平均分子量は、日本分光(株)製GPC装置(Shodex(登録商標)カラムKF803LおよびKF804L)を用い、溶出溶媒テトラヒドロフランを流量1mL/分でカラム中に(カラム温度40℃)流して溶離させるという条件で測定した。尚、下記の数平均分子量(以下、Mnと称す。)および重量平均分子量(以下、Mwと称す。)は、ポリスチレン換算値にて表した。
<(A)成分の合成>(1)
<合成例1>
jER−1001 50.0g、LAUA 6.25g、BTEAC 0.14gをPM 131.58gに溶解し、110℃にて16時間反応させることにより垂直配向ポリマー(固形分濃度30質量%)(PA1)を得た。得られた垂直配向ポリマーのエポキシ価を測定し、LAUAが全て反応した分のエポキシ基が消失したことを確認した。
<合成例2>
jER−1055 50.0g、LAUA 3.54g、BTEAC 0.079gをPM 125.0gに溶解し、110℃にて16時間反応させることにより垂直配向ポリマー(固形分濃度30質量%)(PA2)を得た。得られた垂直配向ポリマーのエポキシ価を測定し、LAUAが全て反応した分のエポキシ基が消失したことを確認した。
<合成例3>
jER−157S70 50.0g、LAUA 14.3g、BTEAC 0.33gをPM 150.8gに溶解し、110℃にて16時間反応させることにより垂直配向ポリマー(固形分濃度30質量%)(PA3)を得た。得られた垂直配向ポリマーのエポキシ価を測定し、LAUAが全て反応した分のエポキシ基が消失したことを確認した。
<合成例4>
ECN−1299 50.0g、LAUA 14.0g、BTEAC 0.32gをPM 150.2gに溶解し、110℃にて16時間反応させることにより垂直配向ポリマー(固形分濃度30質量%)(PA4)を得た。得られた垂直配向ポリマーのエポキシ価を測定し、LAUAが全て反応した分のエポキシ基が消失したことを確認した。
<合成例5>
EHPE−3150 50.0g、LAUA 5.59g、BTEAC 0.036gをPM 129.8gに溶解し、110℃にて16時間反応させることにより垂直配向ポリマー(固形分濃度30質量%)(PA5)を得た。得られた垂直配向ポリマーのエポキシ価を測定し、LAUAが全て反応した分のエポキシ基が消失したことを確認した。
<合成例6>
jER−1001 50.0g、5CCA 8.88g、BTEAC 0.14gをPM 137.73gに溶解し、110℃にて16時間反応させることにより垂直配向ポリマー(固形分濃度30質量%)(PA6)を得た。得られた垂直配向ポリマーのエポキシ価を測定し、5CCAが全て反応した分のエポキシ基が消失したことを確認した。
<(B)成分の合成>(1)
<合成例7>
BMAA 25.0g、重合触媒としてAIBN 1.04gをPM 48.4gに溶解し、85℃にて20時間反応させることによりアクリル共重合体溶液(固形分濃度35質量%)(PB1)を得た。得られたアクリル共重合体のMnは4,800、Mwは3,100であった。
<(C)成分の合成>
<合成例8>
BMAA32.0g、GMA8.0g、重合触媒としてAIBN 0.8gをテトラヒドロフラン204.0gに溶解し、60℃にて20時間反応させることによりアクリル共重合体溶液を得た。アクリル共重合体溶液をヘキサン1000.0gに徐々に滴下して固体を析出させ、ろ過および減圧乾燥することでアクリル共重合体(PC1)を得た。得られたアクリル共重合体のMnは7,000、Mwは18,000であった。
<合成例9>
合成例7で得たアクリル共重合体(PC1)10.0g、アクリル酸2.2g、ジブチルヒドロキシトルエン0.2g、反応触媒としてベンジルトリエチルアンモニウムクロリド10mgをPM60gに溶解させ、90℃で20時間反応させた。この溶液をヘキサン500gに徐々に滴下して固体を析出させ、ろ過および減圧乾燥することで、アクロイル基を有するアクリル共重合体(PC2)を得た。H−NMR分析を行い、アクリル共重合体(PC2)がアクロイル基を有することを確認した。
なお、PC2は本発明における(B)成分としても作用する。
化合物[DM−1]の合成
Figure 2016039337
窒素気流下中、2L四つ口フラスコに酢酸エチル500g、1,6−ヘキサンジオール35.5g(0.300mol)、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン(DBU)1.80g(11.8mmol)、2,6−ジ−ターシャリーブチル−パラ−クレゾール(BHT)0.45g(2.04mmol)を室温にて仕込み、マグネチックスターラー撹拌下にて55℃まで昇温した。反応液へ、2−イソシアナトエチルアクリレート95.9g(0.679mol)を滴下し、2時間撹拌した後に反応液を高速液体クロマトフラフィーにて分析し、中間体が面積百分率で1%以下となったところで反応を完了させた。ヘキサンを328g加え、室温まで冷却させた後、析出した固体をヘキサン229gで2回洗浄し、乾燥させて化合物[A−a]を得た(104g、0.260mol、収率86.7%)。
Figure 2016039337
窒素気流下中、2L四つ口フラスコにジクロロメタン1330g、化合物[A−a]100g(0.250mol)、パラホルムアルデヒド22.5g(0.749mol)を仕込み、氷浴中、トリメチルシリルクロリド122g(1.12mol)を滴下した。2時間撹拌後、トリエチルアミン63.2g(0.625mol)とメタノール240gの混合液を滴下した。30分撹拌後、5L分液ロートに移し、水1500gを加えて分液操作を行った。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、硫酸マグネシウムをろ過により除去して得られたろ液を濃縮、乾燥させて化合物[DM−1]を得た(110g、0.226mol、収率90.3%)。化合物[DM−1]の構造は、H−NMR分析により以下のスペクトルデータを得て確認した。
H−NMR(CDCl):δ6.42(d,2H J=17.2),6.17−6.08(m,2H),5.86(d,2H J=10.0),4.77(d,4H J=19.6),4.30(m,4H),4.12(t,4H J=6.4),3.61(m,4H),3.30(d,6H J=12.8),1.67(m,4H),1.40(m,4H).
<(D)成分の合成>
<合成例10>
MMA 100.0g、HEMA11.1g、重合触媒としてAIBN 5.6gをPM 450.0gに溶解し、80℃にて20時間反応させることによりアクリル共重合体溶液(固形分濃度20質量%)(PD1)を得た。得られたアクリル共重合体のMnは4,200、Mwは7,600であった。
<(A)成分の合成>(2)
<合成例11>
EHPE−3150 44.2g、LAUA 15.4g、BTEAC 0.44gをPM 240.0gに溶解し、110℃にて16時間反応させることにより垂直配向ポリマー(固形分濃度20質量%)(PA7)を得た。得られた垂直配向ポリマーのエポキシ価を測定し、LAUAが全て反応した分のエポキシ基が消失したことを確認した。
<合成例12>
EHPE−3150 40.1g、5CCA 19.5g、BTEAC 0.40gをPM 240.0gに溶解し、110℃にて16時間反応させることにより垂直配向ポリマー(固形分濃度20質量%)(PA8)を得た。得られた垂直配向ポリマーのエポキシ価を測定し、A5が全て反応した分のエポキシ基が消失したことを確認した。
<(B)成分の合成>(2)
<合成例13>
BMAA 100.0g、重合触媒としてAIBN 4.2gをPM 193.5gに溶解し、90℃にて20時間反応させることによりアクリル重合体溶液(固形分濃度35質量%)(PB2)を得た。得られたアクリル共重合体のMnは2,700、Mwは3,900であった。
<基材フィルムの作成>
基材として用いるアクリルフィルムは、例えば以下の方法で作成することができる。即ち、メチルメタクリレートを主成分とした共重合体等からなる原料ペレットを250℃にて押出機で溶融、T−ダイに通過させ、キャスティングロールおよび乾燥ロールなどを経て厚さ40μmのアクリルフィルムを作成することができる。
<実施例、比較例>
表1に示す組成にて実施例及び比較例の各硬化膜形成組成物を調製した。なお表1中の(A)〜(E)成分の配合量は全て固形分換算(調製時に溶液として得た場合、溶剤を除いたもの)である。次に、各位相差材形成組成物を用いて硬化膜を形成し、得られた硬化膜それぞれについて、垂直配向性および密着性の評価を行った。
Figure 2016039337
[垂直配向性の評価]
<実施例1〜18、比較例1〜4>
表2又は表3に示す基材上に、実施例1〜18及び比較例1〜4の各硬化膜形成組成物を、バーコーターを用いてWet膜厚4μmにて塗布した。その後、それぞれ温度110℃で60秒間、熱循環式オーブン中で加熱乾燥を行い、各基材上にそれぞれ硬化膜を形成した。
この硬化膜上に、メルク(株)製の垂直配向用重合性液晶溶液RMS03−015を、バーコーターを用いてWet膜厚6μmにて塗布した。この基材上の塗膜を600mJ/cmで露光し、位相差材を作製した。
作製したこれら位相差材を、大塚電子(株)製位相差測定装置RETS100を用いて面内位相差の入射角度依存性を測定した。入射角度0度での面内位相差値が0、入射角度±50度での面内位相差が38±5nmの範囲にあるものを垂直配向していると判断した。実施例1〜実施例15及び比較例1〜2の評価結果を表2に「垂直配向性」として、実施例16〜実施例18及び比較例3〜4の評価結果を表3に示す。
[密着性の評価]
<実施例1〜15、比較例1〜2>
表2に示す基材上に、実施例及び比較例の各硬化膜形成組成物を、バーコーターを用いてWet膜厚4μmにて塗布した。その後、それぞれ温度110℃で60秒間、熱循環式オーブン中で加熱乾燥を行い、基材上にそれぞれ硬化膜を形成した。
この硬化膜上に、メルク(株)製の垂直配向用重合性液晶溶液RMS03−015を、バーコーターを用いてWet膜厚6μmにて塗布した。この基材上の塗膜を600mJ/cmで露光し、位相差材を作製した。
この位相差材に縦横1mm間隔で5×5マスとなるようカッターナイフで切込みをつけた。この切り込みの上にスコッチテープを用いてセロハンテープ剥離試験を行った。評価は、25マス全て剥がれずに残っているものを○、1マスでも剥がれているものを×とした。評価結果は、後に表2に「密着性」としてまとめて示す。
Figure 2016039337
Figure 2016039337
表2に示すように、実施例1〜15の硬化膜形成組成物を用いて得られた配向材は、比較例1〜2の硬化膜形成組成物を用いて得られた配向材と同様に、良好な垂直配向性を示した。また表3に示すように、実施例16〜18の硬化膜形成組成物を用いて得られた配向材は、比較例3及び4の硬化膜形成組成物を用いて得られた配向材と比較して、種々の基材において良好な垂直配向性を示した。
また、実施例1〜15の硬化膜形成組成物を用いて得られた硬化膜は、優れた密着性を示した。それに対し、比較例1〜2の硬化膜形成組成物を用いて得られた硬化膜は、密着性を得ることが困難であった。
本発明による硬化膜形成組成物は、液晶表示素子の液晶配向膜や、液晶表示素子に内部や外部に設けられる光学異方性フィルムを形成するための配向材を形成する材料として非常に有用であり、特に、IPS−LCDの光学補償フィルム向け材料として好適である。

Claims (10)

  1. (A)エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーのエポキシ基に対して、カルボキシル基及び垂直配向性基を有する化合物のカルボキシル基を反応させたポリマー、
    (B)架橋剤、並びに
    (C)密着促進剤及び(D)熱架橋性基を有するポリマーのうちいずれか一方又は双方
    を含有する硬化膜形成組成物であって、
    前記垂直配向性基は下記式[1]で表される基であることを特徴とする、硬化膜形成組成物。
    Figure 2016039337
    (式[1]中、
    *は結合位置を表し、
    は単結合を表し、
    は単結合または炭素原子数1〜15のアルキレン基を表すか、ベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基を表し、前記環状基上の任意の水素原子が、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルコキシル基またはフッ素原子で置換されていてもよく、
    は単結合または炭素原子数1〜15のアルキレン基を表し、
    は単結合を表すか、ベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基、または炭素原子数17〜30であってステロイド骨格を有する2価の有機基を表し、前記環状基上の任意の水素原子が、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルコキシル基またはフッ素原子で置換されていてもよく、
    はベンゼン環、シクロヘキサン環または複素環から選ばれる2価の環状基を表し、これらの環状基上の任意の水素原子が、炭素原子数1〜3のアルキル基、炭素原子数1〜3のアルコキシル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜3のフッ素含有アルコキシル基またはフッ素原子で置換されていてもよく、
    nは0〜4の整数を表し、nが2以上の場合、Y同士は同一でも異なっていてもよく、
    は水素原子、炭素原子数1〜18アルキル基、炭素原子数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシル基または炭素原子数1〜18のフッ素含有アルコキシル基を表し、
    及びYとしてのアルキレン基、並びに、環状基上の置換基又はYとしてのアルキル基、フッ素含有アルキル基、アルコキシル基及びフッ素含有アルコキシ基は、直鎖状、枝分かれ状、又は環状の何れか又はそれらの組み合わせであってもよく、
    またY及びYとしてのアルキレン基、並びに、Yとしてのアルキル基、フッ素含有アルキル基、アルコキシル基及びフッ素含有アルコキシ基は、結合基同士が隣り合わない限り1ないし3の結合基で中断されていてもよく、
    さらにY、Y又はYが2価の環状基を表すか、Yがステロイド骨格を有する2価の有機基を表すか、Y又はYがアルキレン基を表すか、或いはYがアルキル基又はフッ素含有アルキル基を表すとき、該2価の環状基、該ステロイド骨格を有する2価の有機基、該アルキレン基、該アルキル基及び該フッ素含有アルキル基は、それらに隣接する基と結合基を介して結合していてもよく、
    そして上記結合基は、−O−、−CHO−、−CO−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−及び−NH−CO−NH−からなる群から選ばれる基を表し、
    但し、Y乃至Yがそれぞれ表すところの炭素原子数1〜15のアルキレン基、ベンゼン環、シクロヘキサン環、複素環、ステロイド骨格を有する2価の有機基、炭素原子数1〜18のアルキル基、炭素原子数1〜18のフッ素含有アルキル基、炭素原子数1〜18のアルコキシル基及び炭素原子数1〜18のフッ素含有アルコキシル基の炭素原子数の合計は6〜30である)。
  2. 前記エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーが、主鎖に環構造を有する数平均分子量300乃至20,000のポリマーである、請求項1に記載の硬化膜形成組成物。
  3. 前記エポキシ基を側鎖または末端に1個以上有するポリマーが、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂及びポリオールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物からなる群から選択されるいずれか一種のポリマーである、請求項1又は請求項2に記載の硬化膜形成組成物。
  4. (B)成分の架橋剤がメチロール基またはアルコキシメチル基を有する架橋剤である、請求項1乃至3のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物。
  5. (E)架橋触媒をさらに含有する請求項1乃至4のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物。
  6. (A)成分100質量部に基づいて、1質量部〜300質量部の(B)成分を含有する請求項1乃至5のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物。
  7. (A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して0.1質量部〜100質量部の(C)成分及び1質量部〜400質量部の(D)成分のうちいずれか一方又は双方を含有する、請求項1乃至6のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物。
  8. (A)成分であるポリマー及び(B)成分の架橋剤の合計量の100質量部に対して0.01質量部〜20質量部の(E)成分を含有する請求項5乃至7のいずれか一項に記載の硬化膜形成組成物。
  9. 請求項1乃至8のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物を硬化させて得られることを特徴とする配向材。
  10. 請求項1乃至8のうち何れか一項に記載の硬化膜形成組成物から得られる硬化膜を使用して形成されることを特徴とする位相差材。
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